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EP2007539A1 - Verfahren zum einbringen eines tieflochs und pilotbohrer hierfür - Google Patents

Verfahren zum einbringen eines tieflochs und pilotbohrer hierfür

Info

Publication number
EP2007539A1
EP2007539A1 EP07703917A EP07703917A EP2007539A1 EP 2007539 A1 EP2007539 A1 EP 2007539A1 EP 07703917 A EP07703917 A EP 07703917A EP 07703917 A EP07703917 A EP 07703917A EP 2007539 A1 EP2007539 A1 EP 2007539A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill
pilot drill
deep hole
diameter
pilot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP07703917A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2007539B1 (de
Inventor
Günter Schweighöfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Walter AG
Original Assignee
Walter AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Walter AG filed Critical Walter AG
Publication of EP2007539A1 publication Critical patent/EP2007539A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2007539B1 publication Critical patent/EP2007539B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B41/00—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B23B41/02—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor for boring deep holes; Trepanning, e.g. of gun or rifle barrels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/02—Twist drills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/04—Angles, e.g. cutting angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/14—Configuration of the cutting part, i.e. the main cutting edges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/18—Configuration of the drill point

Definitions

  • the present invention relates to a method for introducing a deep hole and a pilot drill for this purpose.
  • the actual deep hole drill is then positioned exactly on the recess so that the blind bore introduced with the aid of the pilot drill centers and / or pilots the following deep hole drill.
  • a blind hole is inserted into the material to be processed with the aid of the pilot drill.
  • the pilot drill has a slightly larger drilling diameter than the following deep hole drill. Otherwise, the deep hole drill would be extremely stressed when penetrating into the blind hole at the frontal corners of the main cutting edge, resulting in increased wear of the deep hole drill.
  • Typical deep hole drills have a point angle of about 130-140 ° and a relatively thick core area of about 25-40% of the diameter of the drill. Recent test results have shown that a point angle of about 140 ° gives the best results. In the area of the core area, the apex angle is flatter, usually lying at 160 °.
  • the geometry of the deep hole drill is optimized for the actual drilling process of the deep hole. Particular emphasis is placed on optimum chip formation and chip removal.
  • the pilot drill As a pilot drill usually a drill is used with substantially the same tip geometry as the deep hole drill, the pilot drill has a slightly larger diameter drill and of course much shorter and thus stiffer, so that with the pilot drill in a simple manner, a corresponding centering or piloting recess can be introduced into the material to be processed. Essentially, the situation shown in FIG. 1 then arises. Shown is the deep hole drill 1, which is just in the of the pilot drill (not shown) inserted into the machined material 15 blind bore 2.
  • the blind bore 2 has a diameter which is slightly larger than the diameter of the deep hole drill 1, as can be clearly seen in Figure 1.
  • the contour of the blind hole 2 is essentially the tip geometry of the pilot drill again.
  • the tip angle ⁇ is typically about 140 °.
  • a core area 3, which makes up about 25-40% of the drill diameter or blind hole diameter, has a flatter point angle ⁇ of about 160 °.
  • the deep hole drill 1 has essentially the same tip geometry.
  • the bottom of the blind hole 2 thus has a substantially conical shape, wherein the cone tip in the core region 3 is slightly flattened. It can be clearly seen that in cross-section, the conical shape of the blind hole 2 runs almost parallel to the main cutting edge 4 of the deep hole drill.
  • This object is achieved in that initially with the aid of a pilot drill with a shank and a head portion, wherein the head portion has on one end face a conical main cutting edge and two helically extending on the outside of the head portion flutes, a rotationally symmetrical recess is introduced into the material to be processed , And then using a deep hole drill, the deep hole to be introduced is drilled in the base of the rotationally symmetrical recess, wherein the pilot drill has a point angle which is greater than the tip angle of the down hole drill.
  • the rotationally symmetrical recess or introduced for centering or piloting blind hole is performed with a drilling ground, which is shallower than the tip of the deep hole drill.
  • the tip angle of the pilot drill is at least 3 °, preferably between 5 ° and 20 ° and more preferably between 8 ° and 12 ° greater than the tip angle of the deep hole drill.
  • the core thickness of the head portion of the pilot drill is smaller than the core thickness of the head portion of the deep hole drill.
  • the core thickness of the head portion of the pilot drill bit is less than 25%, preferably less than 22%, and more preferably between 18 and 22% of the diameter of the pilot drill at the face of its head portion. Tests have shown that such a core thickness achieves the best results. In principle, the core thickness should be as small as possible in order to achieve particularly good centering properties. If, however, the core thickness is chosen too low, this leads to a weakening of the pilot drill, which in the worst case can lead to a drill breakage. - -
  • the pilot drill Since it essentially depends on the smallest possible diameter of the drill core only in the forehead, it is provided in a further embodiment of the invention that the pilot drill has a core with increasing in the direction of the shaft diameter. As a result, the core diameter at the drill tip can be further reduced without causing any significant weakening of the pilot drill.
  • the drill bit of the pilot drill has in the region of the front end of the spiral grooves Ausspitzept which are formed such that at the front side a small core area of less than 20%, preferably less than 15% and particularly preferably about 5 -10% of the diameter of the pilot drill is formed.
  • This measure also means that the rotationally symmetrical recess, which is generated by the pilot drill, flattens only in a very small area in the center of the recess.
  • the present invention seeks to maintain the tip angle of the pilot drill over a large area that extends as far as possible into the center. Only in the small core area is a core tip angle measured, which is greater than the tip angle of the main cutting edges.
  • the invention provides that the diameter of the pilot drill is larger than the diameter of the deep hole drill. Although there must be sufficient clearance (clearance) between the pilot hole and the deep hole drill, so that the deep hole drill is not extremely stressed when penetrating into the blind hole at the frontal corners of the main cutting, resulting in increased wear of the down hole drill. On the other hand, the clearance must not be so great that the leadership of the deep hole drill is affected.
  • pilot drills and deep hole drills have the same nominal diameter, but are designed as a clearance system according to DIN ISO 286.
  • the pilot drill is produced with the tolerance p7. If the tolerance of the deep hole drill is different, the tolerance of the pilot drill should be chosen so that it gives the same clearance.
  • the particularly preferred size of the game thus results from the following table:
  • the left column shows different nominal diameter ranges.
  • the second and third columns describe the tolerances of tolerance class h7 as a function of the different diameter ranges. So if a deep hole drill with a nominal diameter of 5 mm with - -
  • the head portion of the pilot drill is slightly tapered in such a way that decreases in the region of the flutes of the diameter of the drill from the front side in the direction of the shaft.
  • the pilot drill has the largest diameter at its end. The reason for this is to reduce the contact area of the minor cutting edge of the pilot drill on the walls of the bore. A regrinding of the pilot drill automatically leads to a shortening of the drill and thus also to a diameter reduction. This in turn leads to a reduction of the game.
  • the head portion is conical, so that he rejuvenated in the direction of the shaft portion by less than 3 microns, more preferably between 1 and 2 microns per millimeter groove length.
  • the interaction between pilot drill on the one hand and subsequent deep hole drill on the other hand is important. Basically, it would therefore be possible to maintain conventional pilot drill and change the tip geometry of the deep hole drill accordingly. However, since the tip geometry of the deep hole drill is designed so that very deep holes can be made quickly and with the least possible wear on the drilling tool, it is provided according to the invention to modify the pilot drill accordingly.
  • a pilot drill with a shank and a head portion wherein the head portion has on its end face a conical main cutting edge and two spirals running spirally on the outside of the head section, is provided, in which the point angle of the main cutting edge is greater than 145 °.
  • the point angle of the main cutting edge is between 148 and 155 °, and more preferably the point angle is about 150 °.
  • the choice of this tip angle for the pilot drill is of great advantage.
  • the core thickness of the head portion is less than 25%, preferably less than 22%, and more preferably between 18 and 22% of the diameter of the pilot drill at the end face of its head portion.
  • the drill core of the drill head has a diameter which increases in the direction of the shaft.
  • the drill head has in the region of the front end of the spiral grooves Ausspitzungen, which are designed such that at the front side a small core area of less than 20%, preferably less than 15% and particularly preferably about 5 to 10% of the diameter of the pilot drill is formed.
  • the length of the flutes in the axial direction is less than six times the drill diameter, preferably smaller than five times the drill diameter and more preferably approximately equal to 4.5 times the drill diameter.
  • the pilot drill is designed as a chamfer drill.
  • the chamfer of the deep hole can then already be produced with the help of the pilot drill.
  • An additional step merely for producing the chamfering is not necessary.
  • Figure 1 is a schematic representation of the engagement conditions according to a method of
  • Figure 2 is a schematic representation of the engagement conditions according to the inventive method
  • Figure 3 is a plan view of the tip of an embodiment of the pilot drill according to the invention
  • FIG. 4 is a fragmentary perspective side view of the pilot drill of FIG. 3;
  • Figure 1 shows schematically the engagement conditions when introducing a deep hole drill in a previously introduced by a pilot drill blind bore, as they are in the prior art.
  • the ratios shown in FIG. 2 are present.
  • FIG. 1 the situation is shown schematically shortly before the deep hole drill 1 dips into the blind bore 2 previously introduced by the pilot drill (not shown).
  • the deep hole drill 1 shown in FIG. 2 corresponds to the deep hole drill shown in FIG. Figure 2 differs from Figure 1 in that the geometry of the blind hole and therefore the geometry of the pilot drill used was selected according to the invention. It can be clearly seen that the conical bore bottom 17 of the blind hole 2 now extends substantially flatter than the tip angle of the main cutting edge 4 of the deep hole drill 1.
  • the deep hole drill 1 is moved in the direction of arrow 18 in the direction of the blind hole bottom, it will first approximately in the transition region between the main cutting edge 4 and the central flattened area 3 touch the material 15. If the movement in the feed direction 18 continues, the deep hole drill 1 more and more engages the workpiece. In contrast to the situation in FIG. 1, therefore, the drill does not set hard but softly in the borehole.
  • a pilot drill 6 according to the invention is shown in a top view, i. on the face of the drill head shown. Clearly visible are the two main cutting edges 4. Furthermore, the spiral grooves 7 can be seen, which essentially serve the chip removal.
  • the spiral grooves 7 are designed such that the core portion has a diameter 1 1, which is about 20% of the diameter 10 of the drill.
  • Ausspitzache 8 provided.
  • the core portion is reduced at its front end to a diameter 12 which is about 7% of the diameter 10 of the pilot drill.
  • FIG. 4 shows a first side view of the front region of the pilot drill 6 according to the invention. Again, a channel 9 for a cooling or flushing fluid is shown.
  • the main cutting edges 4 close to the rotation axis 13 of the pilot drill 6 at an angle of about 75 °, so that there is a point angle of about 150 °.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)

Description

Verfahren zum Einbringen eines Tieflochs und Pilotbohrer hierfür
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Tieflochs sowie einen Pilotbohrer hierfür.
Insbesondere beim handgeführten Bohren, jedoch auch bei Verwendung von extrem langen und daher instabilen Tieflochbohrern ist es häufig üblich, zunächst mit Hilfe eines Pilotbohrers eine Ausnehmung bzw. eine Sackbohrung geringer Tiefe in das Material einzubringen. In einem nächsten Arbeitsschritt wird dann der eigentliche Tieflochbohrer exakt auf der Ausnehmung positioniert, so daß die mit Hilfe des Pilotbohrers eingebrachte Sackbohrung den nachfolgenden Tieflochbohrer zentriert und/oder pilotiert. Beim Pilotieren wird mit Hilfe des Pilotbohrers ein Sackloch in das zu bearbeitende Material eingebracht. Der Pilotbohrer hat dabei einen geringfügig größeren Bohrdurchmesser als der nachfolgende Tieflochbohrer. Anderenfalls würde der Tieflochbohrer beim Eindringen in das Sackloch an den stirnseitigen Ecken der Hauptschneide extrem belastet, was zu einem erhöhten Verschleiß des Tieflochbohrers führt.
Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß nach dem Einbringen des Tieflochs aufgrund des Pilot- bohreres mit größerem Bohrdurchmesser im oberen Bereich ein Absatz verbleibt, der durch die Bohrtiefe des Pilotbohrers festgelegt wird.
In Fällen, in denen ein solcher Absatz im Tiefloch nicht erwünscht ist, wird mit Hilfe des Pilotbohrers lediglich eine Art Ausnehmung in das zu bearbeitende Material eingebracht. Der Pilotbohrer setzt beim Bohren nur kurz auf der Materialoberfläche auf, ohne nennenswert in das Material einzudringen. Die umfangsseitigen Nebenschneiden des Pilotbohrers kommen beim Einbringen einer solchen Ausnehmung nicht mit dem Material in Kontakt. Die Ausnehmung, die im wesentlichen ein direktes Abbild der im allgemeinen kegelförmigen Bohrspitze des Pilotbohrers ist, reicht jedoch aus, um den nachfolgenden Tief loch bohrer zu zentrieren.
Typische Tief loch bohrer haben einen Spitzenwinkel von etwa 130 bis 140° und einen relativ dicken Kernbereich von etwa 25 - 40% des Durchmessers des Bohrers. Neuere Versuchsergebnisse ha- ben gezeigt, daß ein Spitzenwinkel von etwa 140° die besten Ergebnisse erzielt. Im Bereich des Kernbereichs ist der Spitzenwinkel flacher, meist liegt er dort bei 160°. Die Geometrie des Tieflochbohrers ist auf den eigentlichen Bohrvorgang des Tieflochs optimiert. Dabei wird insbesondere auf eine optimale Spanbildung und Spanabführung Wert gelegt.
Als Pilotbohrer wird üblicherweise ein Bohrer mit im wesentlichen der gleichen Spitzengeometrie wie der Tieflochbohrer verwendet, wobei der Pilotbohrer einen etwas größeren Bohrdurchmesser hat und natürlich viel kürzer und damit steifer ist, so daß mit dem Pilotbohrer in einfacher Weise eine entsprechende zentrierende oder pilotierende Ausnehmung in das zu bearbeitende Material eingebracht werden kann. Im wesentlichen ergibt sich dann die in Figur 1 gezeigte Situation. Dargestellt ist der Tieflochbohrer 1 , der gerade in die von dem Pilotbohrer (nicht gezeigt) in das zu bearbeitende Material 15 eingebrachte Sackbohrung 2 eintaucht. Die Sackbohrung 2 hat einen Durchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser des Tieflochbohrers 1 , wie deutlich in Figur 1 zu erkennen ist. Die Kontur des Sackloches 2 gibt im wesentlichen die Spitzengeometrie des Pilotbohrers wieder. Der Spitzenwinkel α beträgt typischerweise etwa 140°. Ein Kernbereich 3, der etwa 25 - 40% des Bohrerdurchmessers bzw. Sacklochdurchmessers ausmacht, hat einen flacheren Spitzenwinkel ß von ca. 160°. Der Tiefloch bohrer 1 hat im wesentlichen die gleiche Spitzengeometrie.
Der Grund des Sacklochs 2 hat somit im wesentlichen eine Kegelform, wobei die Kegelspitze im Kernbereich 3 etwas abgeflacht ist. Deutlich zu erkennen ist, daß im Querschnitt die Kegelform des Sackloches 2 nahezu parallel zu der Hauptschneide 4 des Tiefloch bohrers verläuft.
Beim Einbringen des Tieflochbohrers 1 in das Sackloch 2 in Vorschubrichtung 18 wird der Tieflochbohrer 1 aufgrund der nahezu völligen Übereinstimmung der Spitzenkontur des Tieflochbohrers 1 mit der Struktur des Sacklochbodens im wesentlichen abrupt und vollflächig auf den Grund des Sacklochs 2 auftreffen. Dies führt zu einer abrupten Kraftübertragung. Es hat sich gezeigt, daß diese abrupte Kraftübertragung sowohl für den Verschleiß des Tieflochbohrers als auch für die Genauigkeit der in das Material 15 einzubringenden Tieflochbohrung von Nachteil ist.
Insbesondere bei der Verwendung von Tieflochbohrern aus Hartmetall, die mit hohem Vorschub und hohen Umdrehungszahl von z.B. zwischen 1000 und 10000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden, ist die abrupte Änderung der Kraftübertragung von großem Nachteil.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einbringen eines Tieflochs bereitzustellen, mit dessen Hilfe der Verschleiß am Tieflochbohrer deutlich reduziert werden kann und zudem jegliche Kräfte weniger abrupt in das Werk- stück übertragen werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst mit Hilfe eines Pilotbohrers mit einem Schaft und einem Kopfabschnitt, wobei der Kopfabschnitt auf einer Stirnfläche eine kegelförmige Hauptschneide und zwei spiralförmig an der Außenseite des Kopfabschnitts verlaufende Spannuten aufweist, eine rotationssymmetrische Ausnehmung in das zu bearbeitende Material eingebracht wird, und anschließend mit Hilfe eines Tieflochbohrers das einzubringende Tiefloch in dem Grund der rotationssymmetrischen Ausnehmung gebohrt wird, wobei der Pilotbohrer einen Spitzenwinkel aufweist, der größer als der Spitzenwinkel des Tiefloch bohrers ist. Mit anderen Worten wird im Gegensatz zum Stand der Technik die rotationssymmetrische Ausnehmung bzw. das zur Zentrierung bzw. Pilotierung eingebrachte Sackloch mit einem Bohrgrund ausgeführt, der flacher ist als die Spitze des Tieflochbohrers. Dies hat zur Folge, daß der Tieflochbohrer zunächst im Zentrum des Tieflochbohrers mit dem Grund der rotationssymmetrischen Ausnehmung in Kontakt tritt. Erst dann, wenn der Tiefloch bohrer tiefer in das Material eingebracht wird, greift allmählich ein immer größerer Anteil der Hauptschneide mit dem Werkstück in Eingriff, so daß keine abrupte, sondern eine allmähliche Änderung des Kraftübertrags vom Bohrer in das zu bearbeitende Material erfolgt.
Dieses "weiche" Anbohren führt zu einer deutlich verbesserten Standzeit des nachfolgenden Tieflochbohrwerkzeugs.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Spitzenwinkel des Pilotbohrers mindestens 3°, vorzugsweise zwischen 5° und 20° und besonders bevorzugt zwischen 8° und 12° größer als der Spitzenwinkel des Tieflochbohrers.
Grundsätzlich besteht bei der Verwendung des Pilotbohrers ebenfalls das Problem, daß der Pilotbohrer beim Aufsetzen auf das zu bearbeitende Material an seiner Spitze keinerlei Führung hat. Daher ist grundsätzlich ein größerer Spitzenwinkel nachteilig, da dann die Selbstzentriereigenschaf- ten des Pilotbohrers schlechter werden. Allerdings wird dieser Nachteil durch die beschriebenen Vorteile aufgewogen. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von Pilotbohrern aus Hartmetall, da Hartmetall durch seinen hohen Elastizitätsmodul dem Pilotbohrer eine hohe Steifigkeit verleiht.
Weiterhin ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Kerndicke des Kopfabschnitts des Pilotbohrers kleiner als die Kerndicke des Kopfabschnitts des Tieflochbohrers ist.
Dadurch, daß am Kopfabschnitt spiralförmig verlaufende Spannuten vorgesehen sind, ergibt sich ein Kernbereich, um den die spiralförmigen Spannuten verlaufen. Die geringere Kerndicke führt zu einer verbesserten Zentrierungswirkung der durch den Pilotbohrer eingebrachten rotationssymmetrischen Ausnehmung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kerndicke des Kopfabschnitts des Pilotbohrers kleiner als 25%, vorzugsweise kleiner als 22% und besonders bevorzugt zwischen 18 und 22% des Durchmessers des Pilotbohrers an der Stirnfläche seines Kopfabschnitts. Versuche haben ge- zeigt, daß eine solche Kerndicke die besten Ergebnisse erzielt. Grundsätzlich ist die Kerndicke möglichst klein zu wählen, um besonders gute Zentriereigenschaften zu erzielen. Wird jedoch die Kerndicke zu gering gewählt, führt dies zu einer Schwächung des Pilotbohrers, was im schlimmsten Fall zu einem Bohrerbruch führen kann. - -
Da es im wesentlichen nur im Stirnbereich auf einen möglichst geringen Bohrerkerndurchmesser ankommt, ist in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgesehen, daß der Pilotbohrer einen Bohrkern mit in Richtung des Schaftes ansteigendem Durchmesser hat. Dadurch kann der Kerndurchmesser an der Bohrerspitze weiter reduziert werden, ohne daß es zu einer nennenswer- ten Schwächung des Pilotbohrers kommt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform hat der Bohrkopf des Pilotbohrers im Bereich des stirnseitigen Endes der Spiralnuten Ausspitzungen, die derart ausgebildet sind, daß an der Stirnseite ein kleiner Kernbereich von weniger als 20%, vorzugsweise von weniger als 15% und besonders bevorzugt von etwa 5-10% des Durchmessers des Pilotbohrers gebildet wird. Auch diese Maßnahme führt dazu, daß die rotationssymmetrische Ausnehmung, die von dem Pilotbohrer erzeugt wird, lediglich in einem sehr kleinen Bereich im Zentrum der Ausnehmung abflacht. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß versucht, den Spitzenwinkel des Pilotbohrers über einen großen Bereich, der möglichst weit ins Zentrum hineinreicht, beizubehalten. Erst im kleinen Kernbereich wird ein Kernspitzenwinkel gemessen, der größer als der Spitzenwinkel der Hauptschneiden ist.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Durchmesser des Pilotbohrers größer als der Durchmesser des Tiefloch bohrers ist. Dabei muß zwar genügend Freiraum (Spiel) zwischen Pilotbohrung und dem Tieflochbohrer entstehen, damit der Tieflochbohrer beim Eindringen in das Sack- loch an den stirnseitigen Ecken der Hauptschneide nicht extrem belastet wird, was zu einem erhöhten Verschleiß des Tiefloch bohrers führt. Andererseits darf der Freiraum aber nicht so groß werden, daß die Führung des Tieflochbohrers beeinträchtigt wird.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn Pilotbohrer und Tieflochbohrer denselben Nenndurchmes- ser haben, jedoch als Spielpassungssystem entsprechend DIN ISO 286 ausgeführt sind.
Mit Vorteil wird bei einer Toleranz des Tieflochbohrers h7 der Pilotbohrer mit der Toleranz p7 hergestellt. Bei anderer Toleranz des Tieflochbohrers ist die Toleranz des Pilotbohrers so zu wählen, daß sie das gleiche Spiel ergibt. Die besonders bevorzugte Größe des Spiels ergibt sich somit aus der folgenden Tabelle:
In der linken Spalte sind verschiedene Nenndurchmesserbereiche angegeben. Die zweite und dritte Spalte beschreiben die Toleranzen der Toleranzklasse h7 in Abhängigkeit von den verschiedenen Durchmesserbereichen. Wird somit ein Tieflochbohrer mit einem Nenndurchmesser von 5 mm mit - -
einer Toleranz h7 gefertigt, so bedeutet dies, daß der Durchmesser des Tieflochbohrers zwischen 4,988 und 5 mm liegt. Die vierte und fünfte Spalte beschreiben die Toleranzen der Toleranzklasse p7 in Abhängigkeit von den verschiedenen Durchmesserbereichen. Wird somit ein Pilotbohrer mit einem Nenndurchmesser von 5 mm mit einer Toleranz p7 gefertigt, so bedeutet dies, daß der Durchmesser des Pilotbohrers zwischen 5,012 und 5,024 mm liegt. Als Spiel ergibt sich somit ein Wert zwischen 0,012 (= 5,012 - 5,0) mm und 0,036 (= 5,024 - 4,988) mm, wie in den Spalten 6 und 7 aufgeführt ist.
Üblicherweise wird der Kopfabschnitt des Pilotbohrers leicht konisch ausgeführt und zwar derart, daß im Bereich der Spannuten der Durchmesser des Bohrers von der Stirnseite in Richtung des Schaftes abnimmt. Mit anderen Worten hat der Pilotbohrer an seiner Stirnseite den größten Durchmesser. Grund hierfür ist, die Berührungsfläche der Nebenschneidkante des Pilotbohrers an den Wänden der Bohrung zu reduzieren. Ein Nachschleifen des Pilotbohrers führt automatisch zu einer Verkürzung des Bohrer und damit auch zu einer Durchmesserreduzierung. Dies wiederum führt zu einer Reduzierung des Spiels. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, daß der Kopfabschnitt konisch ausgebildet ist, so daß er sieh in Richtung des Schaftabschnittes um weniger als 3 μm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 2 μm pro Millimeter Nutenlänge verjüngt.
Erfindungsgemäß kommt es somit auf das Zusammenspiel zwischen Pilotbohrer einerseits und nachfolgendem Tieflochbohrer andererseits an. Grundsätzlich wäre es daher möglich, übliche Pilotbohrer beizubehalten und die Spitzengeometrie des Tiefloch bohrers entsprechend zu verändern. Da jedoch die Spitzengeometrie des Tieflochbohrers so ausgebildet ist, daß sehr tiefe Löcher schnell und mit möglichst geringem Verschleiß am Bohrwerkzeug hergestellt werden können, wird erfin- dungsgemäß vorgesehen, den Pilotbohrer entsprechend abzuändern.
Erfindungsgemäß wird daher ein Pilotbohrer mit einem Schaft und einem Kopfabschnitt, wobei der Kopfabschnitt an seiner Stirnfläche eine kegelförmige Hauptschneide und zwei spiralförmig an der Außenseite des Kopfabschnitts verlaufende Spannuten aufweist, zur Verfügung gestellt, bei dem der Spitzenwinkel der Hauptschneide größer als 145° ist. Vorzugsweise liegt der Spitzenwinkel der Hauptschneide zwischen 148 und 155° und besonders bevorzugt liegt der Spitzenwinkel bei etwa 150°. Insbesondere bei der Verwendung eines Tieflochbohrers mit einem Spitzenwinkel von 140°, die üblicherweise verwendet werden, ist die Wahl dieses Spitzenwinkels für den Pilotbohrer von großem Vorteil.
Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Kerndicke des Kopfabschnitts kleiner als 25%, vorzugsweise kleiner als 22% und besonders bevorzugt zwischen 18 und 22% des Durchmessers des Pilotbohrers an der Stirnfläche seines Kopfabschnitts ist. Weiterhin weist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Bohrkern des Bohrkopfs einen in Richtung des Schaftes ansteigenden Durchmesser auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Bohrkopf im Bereich des stirnseitigen En- des der Spiralnuten Ausspitzungen auf, die derart ausgebildet sind, daß an der Stirnseite ein kleiner Kernbereich von weniger als 20%, vorzugsweise von weniger als 15% und besonders bevorzugt von etwa 5 bis 10% des Durchmessers des Pilotbohrers gebildet wird.
Weiterhin ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Länge der Spannuten in axialer Richtung kleiner als der sechsfache Bohrdurchmesser, vorzugsweise kleiner als der fünffache Bohrdurchmesser und besonders bevorzugt in etwa gleich dem 4,5-fachen Bohrdurchmesser beträgt.
Für manche Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, wenn der Pilotbohrer als Anfasbohrer aus- gebildet ist. Mit Hilfe des Pilotbohrers kann dann bereits die Anfasung des Tieflochs hergestellt werden. Ein zusätzlicher Arbeitsschritt lediglich zur Herstellung der Anfasung ist nicht notwendig.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführungsform sowie der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Eingriffsverhältnisse nach einem Verfahren des
Standes der Technik,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Eingriffsverhältnisse gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, Figur 3 eine Draufsicht auf die Spitze einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Pilotbohrers und
Figur 4 eine abgebrochene perspektivische Seitenansicht auf den Pilotbohrer von Figur 3,
Figur 1 zeigt schematisch die Eingriffsverhältnisse beim Einbringen eines Tieflochbohrers in eine von einem Pilotbohrer vorher eingebrachte Sackbohrung, so wie sie im Stand der Technik vorliegen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren liegen dagegen die in Figur 2 gezeigten Verhältnisse vor. Wie in Figur 1 ist schematisch die Situation gezeigt, kurz bevor der Tieflochbohrer 1 in die von dem Pi- lotbohrer (nicht gezeigt) vorher eingebrachte Sackbohrung 2 eintaucht. Der in Figur 2 gezeigte Tieflochbohrer 1 entspricht dem in Figur 1 gezeigten Tieflochbohrer. Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 dadurch, daß die Geometrie des Sacklochs und daher die Geometrie des verwendeten Pilotbohrers erfindungsgemäß ausgewählt wurde. Deutlich zu erkennen ist, daß der kegelförmige Bohrgrund 17 des Sacklochs 2 nun wesentlichen flacher verläuft als der Spitzenwinkel der Hauptschnei- de 4 des Tieflochbohrers 1 . Weiterhin ist zu erkennen, daß der von der Kegelform abweichende innere Kernbereich 5 der Sacklochbohrung 2 nun deutlich kleiner ist als der entsprechende Kernbereich 3 des Tieflochbohrers 1. Wird nun der Tieflochbohrer 1 in Pfeilrichtung 18 in Richtung des Sacklochgrunds bewegt, so wird er zunächst in etwa im Übergangsbereich zwischen der Hauptschneide 4 und dem zentralen abgeflachten Bereich 3 das Material 15 berühren. Wird nun die Be- wegung in der Vorschubrichtung 18 fortgesetzt, so tritt der Tieflochbohrer 1 mehr und mehr mit dem Werkstück in Eingriff. Im Gegensatz zu der Situation in Figur 1 setzt somit der Bohrer nicht hart, sondern weich im Bohrloch auf. Damit sind die beschriebenen Vorteile verbunden.
In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßer Pilotbohrer 6 in einer Ansicht von oben, d.h. auf die Stirnfläche des Bohrkopfs, gezeigt. Deutlich zu erkennen sind die beiden Hauptschneiden 4. Weiterhin sind die Spiralnuten 7 zu erkennen, die im wesentlichen der Spanabfuhr dienen.
Wie in Figur 3 deutlich zu erkennen ist, sind die Spiralnuten 7 derart ausgeführt, daß der Kernbereich einen Durchmesser 1 1 hat, der etwa 20% des Durchmessers 10 des Bohrers beträgt.
Um insbesondere im Stirnbereich des Bohrers 6 den Kernbereich noch weiter zu reduzieren, sind
Ausspitzungen 8 vorgesehen. Durch die Ausspitzungen 8 wird der Kernbereich an seinem stirnseitigen Ende auf einen Durchmesser 12 reduziert, der etwa 7% des Durchmessers 10 des Pilotbohrers beträgt.
In Figur 4 ist eine erste Seitenansicht auf den Stirnbereich des erfindungsgemäßen Pilotbohrers 6 gezeigt. Auch hier ist ein Kanal 9 für ein Kühl- bzw. Spülfluid gezeigt. Die Hauptschneiden 4 schließen mit der Rotationsachse 13 des Pilotbohrers 6 einen Winkel von etwa 75° ein, so daß sich ein Spitzenwinkel von ca. 150° ergibt.
Bezugszeichenliste
1 Tieflochbohrer
2 rotationssymmetrische Ausnehmung bzw. Sackloch 3 Kernbereich des Tiefloch bohrers
4 Hauptschneide
5 innerer Kernbereich der rotationssymmetrischen Ausnehmung bzw. des Sacklochs
6 Pilotbohrer
7 Spannuten 8 Ausspitzungen
9 Kühlkanal
10 Durchmesser des Pilotbohrers
1 1 Kern des Pilotbohrers
12 reduzierter Kernbereich an der Bohrspitze 13 Rotationsachse des Bohrers
14 Nebenschneidkante
15 Material
16 kegelförmiger Bohrgrund
17 flacher kegelförmiger Bohrgrund 18 Vorschubrichtung

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E
1. Verfahren zum Einbringen eines Tiefloches in ein zu bearbeitendes Material (15), wobei zu- nächst mit Hilfe eines Pilotbohrers (6) mit einem Schaft und einem Kopfabschnitt, wobei der
Kopfabschnitt an seiner Stirnfläche eine kegelförmige Hauptschneide (4) und zwei spiralförmig an der Außenseite des Kopfabschnitts verlaufende Spannuten (7) aufweist, eine rotationssymmetrische Ausnehmung in das zu bearbeitende Material (15) eingebracht wird und anschließend mit Hilfe eines Tieflochbohrers das einzubringende Tiefloch in den Grund der rotationssymmetrischen Ausnehmung gebohrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotbohrer (6) einen Spitzenwinkel aufweist, der größer als der Spitzenwinkel des Tieflochbohrers ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel des Pilotboh- rers (6) mindestens 3°, vorzugsweise zwischen 5° und 20° und besonders bevorzugt zwischen 8° und 12° größer ist als der Spitzenwinkel des Tieflochbohrers.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndicke (1 1 ) des Kopfabschnittes des Pilotbohrers (6) kleiner als die Kerndicke des Kopfabschnittes des Tief- lochbohrers ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndicke
(1 1 ) des Kopfabschnittes des Pilotbohrers (6) kleiner als 25%, vorzugsweise kleiner als 22% und besonders bevorzugt zwischen 18 und 22% des Durchmessers des Pilotbohrers (6) an der Stirnfläche seines Kopfabschnittes ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotbohrer (6) einen Bohrkern mit in Richtung des Schaftes ansteigendem Durchmesser hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf des Pilotbohrers (6) im Bereich des stirnseitigen Endes der Spiralnuten (7) Ausspitzungen (8) aufweist, die derart ausgebildet sind, daß an der Stirnseite ein reduzierter Kernbereich
(12) von weniger als 20%, vorzugsweise von weniger als 15% und besonders bevorzugt von etwa 5-10% des Durchmessers des Pilotbohrers (6), gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierte Kernbereich (12) einen effektiven Spitzenwinkel aufweist, der größer als der Spitzenwinkel der Hauptschneiden (4) ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Pilotbohrers (10) größer als der Durchmesser des Tiefloch bohrers ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel zwischen Pilotbohrer (6) und Tieflochbohrer bei einem Bohrdurchmesser bis zu 3 mm zwischen 6 und 26μm, bei einem Bohrdurchmesser zwischen 3 und 6mm zwischen 12 und 36 μm, bei einem Bohrdurchmesser zwischen 6 und 10 mm zwischen 15 und 45 μm, bei einem Bohrdurchmesser zwischen 10 und 18 mm zwischen 18 und 54 μm und bei einem Bohrdurchmesser zwischen 18 und 30 mm zwischen 22 und 64 μm gewählt wird..
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tieflochbohrer mit der Toleranz h7 und der Pilotbohrer (6) mit der Toleranz p7 hergestellt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilotbohrer (6) nach einem der folgenden Ansprüche verwendet wird.
12. Pilotbohrer mit einem Schaft und einem Kopfabschnitt, wobei der Kopfabschnitt an seiner Stirnfläche eine kegelförmige Hauptschneide (4) und zwei spiralförmig an der Außenseite des Kopfabschnitt verlaufende Spannuten (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Spitzenwinkel der Hauptschneide (4) größer als 145° beträgt.
13. Pilotbohrer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel der Hauptschneide (4) zwischen 148 und 155° und vorzugsweise etwa 150° beträgt.
14. Pilotbohrer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndicke (1 1 ) des Kopfabschnittes kleiner als 25%, vorzugsweise kleiner als 22% und besonders bevorzugt zwischen 18 und 22% des Durchmessers (10) des Pilotbohrers (6) an der Stirnfläche seines Kopfabschnittes ist.
15. Pilotbohrer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Bohrkopfes einen in Richtung des Schaftes ansteigendem Durchmesser hat.
16. Pilotbohrer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf im Bereich des stirnseitigen Endes der Spiralnuten Ausspitzungen (8) aufweist, die derart ausgebildet sind, daß an der Stirnseite ein kleiner Kernbereich (12) von weniger als 20%, vorzugsweise von weniger als 15% und besonders bevorzugt von etwa 5-10% des Durchmessers (10) des Pilotbohrers (6), gebildet wird.
17. Pilotbohrer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Spannuten (7) in axialer Richtung kleiner als der θfache Bohrdurchmesser (10), vorzugsweise kleiner als der 5fache Bohrdurchmesser und besonders bevorzugt in etwa gleich dem 4,5fachen Bohrdurchmesser beträgt.
18. Pilotbohrer nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotbohrer aus Hartmetall ist.
19. Pilotbohrer nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlkanäle vorgesehen sind, die vorzugsweise ihren Auslaß am stirnseitigen Ende des Pilotbohrers haben.
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